(57)【要約】    【課題】  バネ等の加圧機構を不要にし、モータ構造の簡素化・小型化を実現することができる振動波モータ等を提供する。    【解決手段】  振動波モータ１は、積層圧電素子１，２を備える振動体（１〜５）であって、積層圧電素子１，２は印加電圧−歪み特性にヒステリシス特性を有するものと、振動体に加圧接触し、該振動体に発生した振動により駆動される移動体６とを有する振動波モータにおいて、振動波モータを駆動する際には、積層圧電素子１，２に所定値以上の残留歪みが発生するように直流電圧を印加し、該印加する直流電圧を下げて、ヒステリシス領域中で所定値以上の歪みを有する積層圧電素子１，２に交流電圧を印加するように構成されている。【選択図】      図１
2006141182.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
印加電圧−歪み特性にヒステリシスを有する電気−機械エネルギー変換素子を備える振動体と、前記振動体に加圧接触し、該振動体に発生した振動により駆動される移動体とを有する振動波モータの駆動方法において、
前記振動波モータを駆動する際には、前記電気−機械エネルギー変換素子に所定値以上の残留歪みが発生するように電圧を印加し、該印加する電圧を減少して、ヒステリシス領域中で所定値以上の歪みを有する電気−機械エネルギー変換素子に交流電圧を印加することを特徴とする振動波モータの駆動方法。
【請求項２】
前記電気−機械エネルギー変換素子に印加する電圧は直流電圧であって、この直流電圧の初期値をＶ０とし、該直流電圧を徐々に増大させたときに、該電気−機械エネルギー変換素子の歪みが急激に増大するポイントでの直流電圧の電圧値をＶ１とし、更に直流電圧を増大させたときに、該電気−機械エネルギー変換素子の歪みの変化が緩やかになるポイントの電圧値をＶ２とし、そこから電圧を減少させたときに、該電気−機械エネルギー変換素子の歪みが急激に減少し始めるポイントの電圧値をＶ３としたときに、前記振動波モータを駆動する際には、まず少なくとも前記Ｖ１以上の直流電圧を前記電気−機械エネルギー変換素子に印加し、その後、前記直流電圧を減少させて、前記Ｖ３と前記Ｖ１との間の直流バイアス電圧値を有する交流電圧を前記電気−機械エネルギー変換素子に印加することを特徴とする請求項１記載の振動波モータの駆動方法。
【請求項３】
前記電気−機械エネルギー変換素子に前記Ｖ１と前記Ｖ２との間の直流電圧を印加することで、前記移動体が前記振動体に加圧接触することを特徴とする請求項２記載の振動波モータの駆動方法。
【請求項４】
印加電圧−歪み特性にヒステリシスを有する電気−機械エネルギー変換素子を備える振動体と、前記振動体に加圧接触し、該振動体に発生した振動により駆動される移動体とを有する振動波モータにおいて、
前記振動波モータを駆動する際には、前記電気−機械エネルギー変換素子に所定値以上の残留歪みが発生するように電圧を印加し、該印加する電圧を減少して、ヒステリシス領域中で所定値以上の歪みを有する電気−機械エネルギー変換素子に交流電圧を印加するように構成されていることを特徴とする振動波モータ。
【請求項５】
前記電気−機械エネルギー変換素子に印加する電圧は直流電圧であって、この直流電圧の初期値をＶ０とし、該直流電圧を徐々に増大させたときに、該電気−機械エネルギー変換素子の歪みが急激に増大するポイントでの直流電圧の電圧値をＶ１とし、更に直流電圧を増大させたときに、該電気−機械エネルギー変換素子の歪みの変化が緩やかになるポイントの電圧値をＶ２とし、そこから電圧を減少させたときに、該電気−機械エネルギー変換素子の歪みが急激に減少し始めるポイントの電圧値をＶ３としたときに、前記振動波モータを駆動する際には、まず少なくとも前記Ｖ１以上の直流電圧を前記電気−機械エネルギー変換素子に印加し、その後、前記直流電圧を減少させて、前記Ｖ３と前記Ｖ１との間の直流バイアス電圧値を有する交流電圧を前記電気−機械エネルギー変換素子に印加するように構成されていることを特徴とする請求項４記載の振動波モータ。
【請求項６】
前記電気−機械エネルギー変換素子に前記Ｖ１と前記Ｖ２との間の直流電圧を印加することで、前記移動体が前記振動体に加圧接触することを特徴とする請求項５記載の振動波モータ。
【請求項７】
前記電気−機械エネルギー変換素子は、前記Ｖ０と前記Ｖ１との間の歪みの変化率をαとし、前記Ｖ１と前記Ｖ２の間の歪みの変化率をβとしたときに、β／α＞１０であることを特徴とする請求項６記載の振動波モータ。
【請求項８】
請求項４記載の振動波モータを備える紙搬送装置において、電源オフ時には、該振動波モータを構成する前記移動体が回転自在になることを特徴とする紙搬送装置。
【請求項９】
請求項８記載の紙搬送装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動波モータ及びその駆動方法、並びに紙搬送装置及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より開発されている振動波モータは、大別すると共振を利用したタイプと非共振タイプの２種類に分けられる。
【０００３】
共振タイプの振動波モータは、金属製の弾性体の下面に電気−機械エネルギー変換素子としての圧電素子を接合して構成した振動体に交流電圧を印加し、これにより該振動体に発生した振動で、該振動体の上面に摩擦接触させたロータを回転駆動する構成になっている。この構造では振動体に発生する静的な変位（変形量）は非常に小さいため、印加する交流電圧の周波数を振動体の共振周波数の近傍に設定して、振動体を共振させることにより振動体振幅を増幅させて移動体を摩擦駆動するものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
一方、非共振タイプの振動波モータは、印加電圧に対する摩擦面での変位を大きく取るために積層圧電素子及び変位拡大機構が多く用いられている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
これらのモータの駆動原理については、以前より多くの提案がなされ、そこで説明されているので、ここでは周知のものとして説明を省略する。
【０００６】
この非共振タイプの振動波モータの長所としては、共振タイプの振動波モータのように複数の振動モードの共振周波数を一致させる必要がないことで、特に環境温度変化や移動体の加圧力等の変化に左右されず、安定した駆動を実現できる点にある。
【０００７】
図１０は、一般的な非共振タイプの振動波モータの構成を示す図である。
【０００８】
積層圧電素子１，２はそれぞれ一端が固定部材３，４に固定され、それぞれの他端は接触部材５に接合されている。移動体６は一方の面（摺動面）が接触部材５と接触し、対向する他面は回転可能に支持されたローラ７と接触している。移動体６は、ローラ７の支持部材８に一端が固定されると共に固定部９に他端が固定された加圧バネ１２により該積層圧電素子１，２（振動体）側へ所定の力で負勢されている。
【０００９】
積層圧電素子１，２に不図示の電源供給手段より交流電圧が供給されると、該積層圧電素子１，２はその印加電圧に対応して伸縮し、その結果、両積層圧電素子１，２に接合された接触部材５はそれぞれの変位が合成された運動軌跡を描く。たとえば、積層圧電素子１にＶａ＝Ｖ１１ｓｉｎωｔの交流電圧を、積層圧電素子２にＶｂ＝Ｖ１２ｓｉｎ（ωｔ＋π/２）の交流電圧を印加すると、接触部材５には楕円運動が発生する。この楕円運動により、接触している移動体６は矢印Ｂの方向へ摩擦駆動される。
【００１０】
積層圧電素子１，２にそれぞれ印加する電圧Ｖ１１，Ｖ１２を調節するか、又は両積層圧電素子に印加する電圧の位相差を調節することにより、接触部材５に発生する楕円振動の軌跡を調整することができると共に移動体６の移動速度を増加又は減少することができる。
【００１１】
このように振動波モータの構成としては、最低でも積層圧電素子などの振動体、移動体、及びこれらを加圧するための加圧手段が必要になる。
【特許文献１】特開２００４−１８７４６５号公報
【特許文献２】特開２００４−２２２４５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、振動波モータの小型化及び構造の簡素化を図ろうとすると、前記振動体と移動体との加圧機構が大きな障害となる。
【００１３】
従来使用していた圧電素子等の電気−機械エネルギー変換素子は圧電定数が小さいため、例えば、圧電定数が３×１０−７ｍｍ/Ｖであった場合、電極間隔０.１ｍｍ、素子全長１０ｍｍの積層圧電素子に１００Ｖの電圧を印加しても、３μｍ程度しか変位を出せない。一方、振動体と移動体、及びこれを支持する部材のメカ寸法精度を±０.０３ｍｍ程度とすると、これらの部品を組み合わせて確実に前記摩擦面に加圧力を負荷しようとすると加圧部材は少なくとも０.０６ｍｍ以上の変位が必要になる。
【００１４】
従来の圧電素子を使用して加圧に必要な変位を得ようとすると、圧電素子を２０倍以上長くするか、印加電圧を２０倍以上高くするなど非現実的な構成になってしまう。さらに、もしこのような構成が実現できたとしても、実際に駆動する領域では高電圧のバイアス電圧を印加し、その上で駆動用の振動を励振することになるため、駆動回路や電源の負担が大きく、回路系での損失が大きくなってしまう。
【００１５】
このため、振動体と移動体の寸法公差、組立て公差等を十分に考慮し、かつ、安定した接触面圧を付与することができるようにするためには、どうしてもバネ部材等の加圧機構が必要になってしまうので装置が大型化してしまうという問題があった。
【００１６】
これに対し、近年では従来の圧電素子よりも大きな変位を得られる素子が見つかっている。例えば、点欠陥のナノ秩序の対象性という性質を用いて、可逆的な巨大電歪を生み出すことが研究されている（Xiaobing Ren、“Large electric-field-induced strain in ferroelectric crystals by point-defect-mediated reversible domain switching”、Nature Materials、Nature Publishing Group、２００４年２月１日、第３巻、ｐ．９１−９４、及び、［online］、平成１６年１月１１日、インターネット＜ＵＲＬ：www.nature.com/naturematerials＞）。
【００１７】
電気分極方向が異なるドメイン（領域）を有する圧電材料に電場を加えると、分極方向が電圧方向に沿うようにドメイン変換が生じ、低い対称性を持つ強誘電相の長軸方向と短軸方向が交換されることになる。このとき得られる歪みの大きさは長軸と短軸の差であり、通常の圧電効果よりも数十倍以上大きいものとなる。ある点欠陥の周り（ナノメートル範囲）におけるほかの点欠陥の占有率は、平衡時、結晶の対称性に一致し、常誘電相での点欠陥対称性は高く、強誘電相での点欠陥対称性は結晶の対称性と同様に低くなる。また、強誘電相の点欠陥による点欠陥の分極も自発分極と一致する。
【００１８】
これを利用し、常誘電相状態の圧電材料を冷却して強誘電状態とすると、圧電材料は点欠陥の対称性を常誘電相の対称性を引き継ぐため不安定な状態となる。時効にともなって点欠陥の拡散によって各ドメインの点欠陥の対称性がドメインの結晶対称性に一致して安定する。この状態の圧電材料に電場を加えると、上述したドメイン変換が発生し、電場を除去すると元のドメイン状態に戻る。
【００１９】
このような点欠陥電歪材料からなる圧電素子は、例えばチタン酸ジルコニウム酸鉛材料の圧電素子の電歪効果と比べ、低電圧で４０倍という大きな電歪効果を得ることができる。
【００２０】
しかしながら、点欠陥電歪材料からなる圧電素子は、電界強度を増加させた場合と減少させた場合とで同じ電界強度に対する歪量が異なるヒステリシス特性を有している。よって、この点欠陥電歪材料からなる圧電素子を上記の非共振タイプの振動波に適用すると、電界強度に対する歪み量が大きくばらつくため、歪み量を高い精度にて制御することが困難であるという問題があった。
【００２１】
本発明の目的は、バネ等の加圧機構を不要にし、モータ構造の簡素化・小型化を実現することができる振動波モータ及びその駆動方法、並びに紙搬送装置及び画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記目的を達成するために、請求項１記載の振動波モータの駆動方法は、印加電圧−歪み特性にヒステリシスを有する電気−機械エネルギー変換素子を備える振動体と、前記振動体に加圧接触し、該振動体に発生した振動により駆動される移動体とを有する振動波モータの駆動方法において、前記振動波モータを駆動する際には、前記電気−機械エネルギー変換素子に所定値以上の残留歪みが発生するように電圧を印加し、該印加する電圧を減少して、ヒステリシス領域中で所定値以上の歪みを有する電気−機械エネルギー変換素子に交流電圧を印加することを特徴とする。
【００２３】
上記目的を達成するために、請求項４記載の振動波モータは、印加電圧−歪み特性にヒステリシスを有する電気−機械エネルギー変換素子を備える振動体と、前記振動体に加圧接触し、該振動体に発生した振動により駆動される移動体とを有する振動波モータにおいて、前記振動波モータを駆動する際には、前記電気−機械エネルギー変換素子に所定値以上の残留歪みが発生するように電圧を印加し、該印加する電圧を減少して、ヒステリシス領域中で所定値以上の歪みを有する電気−機械エネルギー変換素子に交流電圧を印加するように構成されていることを特徴とする。
【００２４】
請求項８記載の紙搬送装置は、請求項４記載の振動波モータを備える紙搬送装置において、電源オフ時には、該振動波モータを構成する前記移動体が回転自在になることを特徴とする。
【００２５】
請求項９記載の画像形成装置は、請求項８記載の紙搬送装置を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、電気−機械エネルギー変換素子（圧電素子）に一旦大きな電圧を印加し、その後素子の残留歪みが残る領域（ヒステリシス領域）内で直流電圧を下げて、交流電圧を印加して振動波モータを駆動することにより、駆動電圧は比較的小さく、しかも残留歪みによる静的な変位が振動体と移動体間に適切な接触面圧を付与する。つまり、電気−機械エネルギー変換素子がもつ大きな残留歪み成分を振動波モータの加圧機構に利用することで、従来のモータでは必ず必要であったバネ等の加圧機構が不要になり、モータ構造の簡素化、小型化を実現することができる。また、部品点数の削減により、モータのローコスト化が期待できる。
【００２７】
また、電気−機械エネルギー変換素子（圧電素子）を使った振動波モータを複写機又はプリンター等の紙搬送装置に応用できるので、高精度で静かな駆動系が実現できるとともに、従来の振動波モータでは欠点とされていた、紙のジャム（紙詰まり）対策が可能な紙搬送装置が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２９】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る振動波モータの構成図であり、図２は、図１の振動波モータで用いる電気−機械エネルギー変換素子としての圧電素子の印加電圧−歪み特性を示す図であり、図３は、図１の振動波モータの動作を説明する説明図である。
【００３０】
図１において、積層圧電素子１及び２は、これらの一端が固定部材３及び４にそれぞれ固定され、これらの他端が接触部材５に接合されており、これら１〜５の部材で振動体を形成している。
【００３１】
接触部材５の上面には移動体６が配置され、ローラ７と接触部材５とで移動体６を挟むように構成されている。ローラ７の支持部材８は固定部９に固定されており、ローラ７が回転自在となるようにローラ７の軸を固定する。移動体６に対してローラ７の反対側には、補助ローラ１０，１１が配置されており、補助ローラ１０，１１は前記振動体の接触部材５が移動体６から離れたときに移動体６が落下しないように支える役割を持っている。
【００３２】
ここで、積層圧電素子１，２は上述した点欠陥電歪材料から構成されており、図２に示す大きなヒステリシス特性を有している。
【００３３】
まず印加電圧がゼロ（Ｖ０）の時は圧電素子の歪みもゼロであり、電圧を徐々に増加させていくと（Ｖ０→Ｖ１）、歪みは変化率（Δε/ΔＶ）＝αで緩やかに増加するが、ある電圧Ｖ１を境に急激に歪みが増加（変化率β）する。さらに印加電圧を増大させてＶ２の電圧まで達すると再び歪みの変化率が緩やか（γ）になり、飽和状態となる。Ｖ２のポイントから電圧を下げると歪みは変化率γで減少し、Ｖ３の電圧に達すると今度は変化率（≒β）で急激に歪みが減少し、電圧がゼロに戻ると歪みもゼロに戻る性質を有している。
【００３４】
尚、積層圧電素子１，２のＶ０−Ｖ１間の歪みの変化率をαとし、Ｖ１−Ｖ２間の歪み変化率をβとしたときには、β／α＞１０である。
【００３５】
このような特性をもつ積層圧電素子１，２を使った振動波モータの駆動方法を図３を使って説明する。
【００３６】
まず、積層圧電素子１，２に電圧が印加されていない状態（Ｖ０）のときは、図３（ａ）に示すように振動体（接触部材５）、移動体６及びローラ７は、所定の隙間を持って離れており、移動体６は補助ローラ１０，１１で支えられている。
【００３７】
次に、印加電圧をＶ０→Ｖ１→Ｖ２まで一旦上げて飽和状態としてからＶｄまで下げてくると、積層圧電素子１，２の静的な歪みはεｄの状態になるので、積層圧電素子１，２は伸長し、その結果、それらに接合された接触部材５は上方へ（矢印Ｃ）移動し（図３（ｂ））、移動体６に適度な加圧力を持って接触する。この電圧Ｖｄを中心電圧として積層圧電素子１にはＶ＝Ｖａｓｉｎωｔ、積層圧電素子２にはＶ＝Ｖｂｓｉｎ（ωｔ＋π/２）の電圧をそれぞれ印加すると、接触部材５には加圧がかかった状態で角振動数ωの楕円振動が励振される。この楕円振動により移動体６は矢印Ｅの方向へ駆動される（図３（ｃ））。
【００３８】
積層圧電素子１，２を一度飽和させると、印加電圧をＶ３より下げなければ、印加電圧を減少させるとしても歪みは緩やか（変化率γ）にしか減少しない。この状態で印加電圧を増加させると、飽和状態との差があまりないため歪みは緩やかに増加する。よって、印加電圧をＶ３より大きな値に維持すれば、印加電圧を増加させた場合と減少させた場合とで印加電圧−歪み特性の差が抑制され、接触部材５の楕円振動の制御が容易になる。
【００３９】
電圧を更にＶｄ→Ｖ３→Ｖ０と下げてくると、電圧がＶ３を下回ってからは歪みが急峻に減少して積層電圧素子１，２の歪みは０になり、接触部材５と移動体６とは再び離れた状態に戻る。図２に示すように、印加電圧をＶ３から０まで減少させた場合の歪みの変化は、印加電圧を飽和状態からＶ３まで減少させた場合の歪みの変化の数倍にもなる。よって印加電圧を０にすることで、接触部材５を移動体６から十分に離れた位置まで移動させることができる。
【００４０】
この様にしてヒステリシスが大きな積層圧電素子１，２を利用することで、加圧機構のいらないシンプルな振動波モータが実現できる。
【００４１】
以上詳細に説明したように、本実施の形態によれば、積層圧電素子１，２に一旦大きな電圧を印加し、その後素子の残留歪みが残る領域（ヒステリシス領域）内で直流電圧を下げて、交流電圧を印加して振動波モータを駆動することにより、駆動電圧は比較的小さく、しかも残留歪みによる静的な変位が振動体と移動体間に適切な接触面圧を付与する。つまり、積層圧電素子１，２がもつ大きな残留歪み成分を振動波モータの加圧機構に利用することで、従来のモータでは必ず必要であったバネ等の加圧機構が不要になり、モータ構造の簡素化、小型化を実現することができる。
【００４２】
以下、第２の実施の形態について、図４〜７を参照して説明する。
【００４３】
第１の実施の形態と同一のものについては、同一の番号を付し、その説明は省略する。
【００４４】
図４は、電気−機械エネルギー変換素子としての圧電素子を用いた回転型の振動波モータの断面図であり、（ａ）は、回転型の振動波モータの全体の断面を示し、（ｂ）は、その一部（Ｘ部）の拡大断面を示す。
【００４５】
同図において、圧電素子２１には摩擦板２２が接合され、圧電素子２１はシャフトを兼ねた固定部材２３に固定されている。
【００４６】
ロータ２４には出力ギア側の半径方向に２本の溝２８が設けられており、出力ギア２５に設けられた勘合用の２本のリブ２９と係合するとともに、内径側でお互いが係合することでスラスト方向（Ｇ方向）以外の相対的な自由度を拘束する構成になっている。
【００４７】
また、モータ取り付けフランジ２６の中央部は、出力ギア２５に設けられた中心の勘合部と係合して、ロータ２４及び出力ギア２５の軸受けを形成しており、ナット２７によりシャフト２３に固定されている。
【００４８】
図４で用いられている圧電素子２１は図２に示す印加電圧−歪み特性を有し、図５に示すように円周方向に４分割されており、それぞれのセグメントが独立して厚さ方向に極性を持つように分極されている。同図において、Ａ＋とＢ＋のセグメントは厚さ方向の上面側が＋の極性をもっており、Ａ−とＢ−のセグメントは−の極性をもっていることを示している。尚、圧電素子は、図５に示すように円周方向に４分割されているが、分割数は４分割に限定されるものではない。
【００４９】
不図示の給電手段により圧電素子２１に、図２に示すプロセスで電圧を印加したときの圧電素子２１の作動状態の説明図を図６，７に示す。
【００５０】
図７において、（Ａ）は初期状態、すなわち印加される電圧が０（Ｖ０）の状態であり、（Ｂ）は電圧を印加してＶ０→Ｖ１→Ｖ２→Ｖｄへと移行した状態を示している。この状態では圧電素子２１は大きく歪み伸長するため、摩擦板２２のスラスト位置はΔＨ２だけ上方へ移動する。（Ｃ）は（Ｂ）の状態、すなわちＶｄの直流バイアス電圧がかかった状態で、電圧振幅Ｖｅの交流電圧を印加したときのある瞬間の圧電素子２１の状態を示している。
【００５１】
例えば、Ａ＋とＡ−のセグメントに同一の直流電圧、例えばマイナスの電圧を印加すると、Ａ＋のセグメントが伸び、Ａ−のセグメントは逆に収縮するため、摩擦板２２側の面は（Ｃ）のように傾く。また、逆に＋の直流電圧を印加するとこれとは逆方向に傾くことになるため、交流電圧を印加すると、これが繰り返されて図中の紙面に平行な方向の振動が発生する。
【００５２】
Ｂ＋，Ｂ−のセグメントにも同様に紙面垂直方向の振動を発生させることができる。これら２つの方向の振動を時間的にπ／２の位相差をもって同時に励振し、重ね合わせることにより、図６に示すような圧電体上面（摩擦板２２側）の傾きが圧電素子の中心軸を中心に回転するような運動をする。この結果、摩擦板２２の接触面には楕円振動が発生し、この面と摩擦接触するロータ２４は摩擦駆動される。
【００５３】
ここで、ロータ２４は前記摩擦板２２とギア２５に対しスラスト方向にわずかなガタ（隙間）ΔＨ１を設けて設置されている。これに対して一度飽和状態にした後に電圧Ｖｄが印加された状態での摩擦板２２の変位ΔＨ２は、ΔＨ１＜ΔＨ２の関係になるように設定されているため、ロータ２４は摩擦板２２により確実にギア２５の内周側の突き当て部２５ａに押し付けられ、ロータ２４と振動子の摩擦板２２間に加圧力を付与することができるようにした。
【００５４】
第１の実施の形態と同様、印加電圧をＶ３より大きな値を維持するのであれば、印加電圧を増加させた場合と減少させた場合とで印加電圧−歪み特性の差が抑制されることになり、摩擦板２２の接触面に発生した楕円振動の制御が容易になる。また、印加電圧をＶ３から０まで減少させた場合の歪みの変化は、印加電圧を飽和状態からＶ３まで減少させた場合の歪みの変化の数倍にもなる。よって、印加電圧を０にすることで、ロータ２４と振動子の摩擦板２２が接触しない十分な距離を確保することができる。
【００５５】
以上詳細に説明したように、本実施の形態によれば、ドーナツ状の圧電素子２１がもつ大きな残留歪み成分を振動波モータの加圧機構に利用することで、従来のモータでは必ず必要であったバネ等の加圧機構が不要になり、モータ構造の簡素化、小型化を実現することができる。
【００５６】
以下、第３の実施の形態について、図８，９を参照して説明する。
【００５７】
第３の実施の形態は、振動波モータの構成の点で、第１の実施の形態と異なる。第１及び第２の実施の形態と同一のものについては、同一の番号を付し、その説明は省略する。
【００５８】
図８は、第３の実施の形態に係る振動波モータの概略構成を示す図である。
【００５９】
同図において、一方の端面を固定部材３に固定した電気−機械エネルギー変換素子としての積層圧電素子１は他端側に金属製の変位増幅機能を有した駆動部１３が接合されており、回転自在に支持されたロータ１４に対して斜めになるように設置されている。
【００６０】
該積層圧電素子１は図２に示す印加電圧−歪み特性を有しており、これに図２に示すような印加電圧をＶ０→Ｖ１→Ｖ２→Ｖｄの順に印加後、交流電圧を印加すると、駆動部１３の先端は楕円運動をして該ロータ１４と摩擦接触し、該ロータ１４を矢印Ｊの方向に回転駆動する。ここで、圧電素子１に印加する電圧がＶ０のときは駆動部１３の先端とロータ１４の接触面間にはわずかな隙間ΔＨ１１（不図示）が設けられており、印加電圧をＶ０→Ｖ１→Ｖ２→Ｖｄのように変化させると駆動部１３の先端とロータ１４とは適切な加圧力で接触するように前記ΔＨ１１は調整されている。また、印加電圧をＶ３から０まで減少させた場合の歪みの変化は、印加電圧を飽和状態からＶ３まで減少させた場合の歪みの変化の数倍にもなる。よって、印加電圧を０にすることで、ロータ１４と駆動部１３とが接触しない十分な距離を確保することができる。
【００６１】
図９は、本実施の形態に係る振動波モータを適用した紙搬送装置の概略構成図である。
【００６２】
振動子３１は、図８に記載した積層圧電素子１の端部に金属製の変位増幅機能を有した駆動部１３が接合されたものである。この振動子３１は固定部材３２を介して外側板３５ａに固定されており、該振動子３１の接触部（駆動部）が紙搬送ローラ３３の被駆動面３３ａに対し僅かな隙間ΔＨ１２（不図示）をもつように設定されている。紙搬送ローラ３３は外側板３５ａ，３５ｂに設置された軸受け部材３６ａ，３６ｂにより回転以外の自由度を拘束されて支持されており、紙押さえ用の補助ローラ３４がこのローラ３３に対して適度な押し圧力を付加するように設置されている。
【００６３】
不図示の電源から振動体３１の積層圧電素子１に、図２に示すようにＶ０→Ｖ１→Ｖ２→Ｖｄの順に電圧を印加し、Ｖｄのバイアス電圧をかけた状態で、振動子の共振周波数近傍で高周波電圧を印加すると、振動子先端とローラの被駆動部３３ａとは適度な接触面圧が付与された状態で接触し、高周波振動による摩擦駆動力を受けたローラ３３は軸回りに回転する。
【００６４】
この構造では被駆動部３３ａをローラ３３の一部としてローラ３３と一体的に設けることにより、ローラ３３をダイレクト駆動するようにしているため、ローラ３３と補助ローラ３４との間に挿入された紙を高精度に搬送できるようにしている。
【００６５】
また、紙がローラ３３と補助ローラ３４との間に挟まってしまい、排紙されない場合（ジャムの場合）には、振動体３１の印加電圧をＶ０の状態に戻せば、振動体３１の先端とローラ３３とは離れるので、ローラ３３はフリーになり、容易に紙を取り除くことができる。
【００６６】
上記紙搬送装置は、紙搬送ローラを振動波モータでダイレクト駆動する構造を採用しているため、紙搬送時の送り精度が非常に高く、また、作動音がほとんどしない、静かな駆動装置を実現できるため、例えば高精度を要求される複写機又はプリンター等の紙搬送装置として応用するとその効果が大きい。
【００６７】
以上詳細に説明したように、本実施の形態によれば、積層圧電素子１を使った振動波モータを複写機又はプリンター等の紙搬送装置に応用できるので、高精度で静かな駆動系が実現できるとともに、従来の振動波モータでは欠点とされていた、紙のジャム対策が可能な紙搬送装置が実現できる。
【００６８】
なお、説明を容易にするために上記の各実施の形態では圧電素子を例にあげて説明を行ったが、図２に示すようなヒステリシス特性を有する電気−機械エネルギー変換素子であれば他の素子であっても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る振動波モータの構成図である。
【図２】図１の振動波モータで用いる圧電素子の印加電圧−歪み特性を示す図である。
【図３】図１の振動波モータの動作を説明する説明図である。
【図４】第２の実施の形態に係る圧電素子を用いた回転型の振動波モータの断面図であり、（ａ）は、回転型の振動波モータの全体の断面を示し、（ｂ）は、その一部（Ｘ部）の拡大断面を示す。
【図５】圧電素子の外観構成を示す図である。
【図６】電圧を印加したときの圧電素子の作動状態の説明図であり、特に圧電素子の外観形状を示す図である。
【図７】電圧を印加したときの圧電素子の作動状態の説明図であり、特に圧電素子の断面形状を示す図である。
【図８】第３の実施の形態に係る振動波モータの概略構成を示す図である。
【図９】振動波モータを適用した紙搬送装置の概略構成図である。
【図１０】一般的な非共振タイプの振動波モータの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００７０】
１，２  積層圧電素子
３，４  固定部材
５  接触部材
６  移動体
７  ローラ
８  支持部材
９  固定部
１０，１１  補助ローラ
【図１】
2006141182.tif 000003
【図２】
2006141182.tif 000004
【図３】
2006141182.tif 000005
【図４】
2006141182.tif 000006
【図５】
2006141182.tif 000007
【図６】
2006141182.tif 000008
【図７】
2006141182.tif 000009
【図８】
2006141182.tif 000010
【図９】
2006141182.tif 000011
【図１０】
2006141182.tif 000012